让真实定量、定格--Tracker软件在物理教学中的应用

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1、让真实定量、定格——Tracker软件在物理教学中的应用吴志山江苏省南通第一中学226001Email:ntyzwzs@163.com电话：13585225318摘要：本文介绍了国外针对物理教育而设计的视频分析软件——Tracker的基本功能，以及其在物理教学中帮助学生探寻规律、辅助实验观察及研究性学习方面的应用和建议。关键词：视频分析；Tracker；物理教学1视频分析软件TrackerTracker是一个免费的视频跟踪分析和建模工具软件，是国外针对物理教育而设计，可以手动或自动跟踪对象的位置

2、、速度和加速度并动态显示。Tracker利用跟踪视频来建模是一种功能强大的教学新方法，它解决了过去物理教学过程中所呈现的视频只能看现象，不能定量分析的问题。更主要的是不需要借助什么新型设备或专业人才，我们就能在课堂上随时对一段视频进行定量或建模分析，利用软件所带的功能还能创造类似闪光照片等效果，输出所需要的数据表格或图像，还可以对所画图形进行曲线拟合、积分等操作。为了提供真实的分析处理，Tracker软件提供了比例标度的设置功能。只要在视频场景中找到一个已知尺度的物体，将标度移到该物体并设置好其

3、真实长度，在后面的视频分析中软件将自动按照该比例标度将物体在屏幕上移动长度转化为真实场景的尺寸，从而能够还原真实的运动过程。另外，软件还提供了各种坐标设置，可以沿不同角度建立直角坐标系，也可用极坐标系统进行分析，为物理现象和物理规律的探究提供了极大的方便。2软件在物理教学中的应用2.1帮助学生探寻物理规律建构主义理论告诉我们，学生的知识应该是通过其自身探索实践，自我顺应或同化进行建构，教师应尽量多给学生创造探寻规律的情境或物化模型，让学生自己去发现和构建自己的知识、能力体系。但在物理的教学过程中

4、，有些物理概念和规律的学习对学生来讲比较抽象，难以理解，许多教师以讲解为主，再辅以习题训练；有些概念和规律虽然可以借助一些实验现象来帮助学生建立和理解，但苦于没有一些细节的分析而显得缺乏说服力。例如对抛体运动的研究，从理论上分析，其只受竖直方向重力，竖直方向上的运动应该是加速度为g的匀变速运动，水平方向上应是匀速直线运动，但从一般的生活或实验现象中很难得出定量的结论。借助Tracker软件，我们就可以取一段抛体运动的视频进行一些定量分析来帮助学生探寻其中的规律，视频可以自己拍摄，也可从网络或Tr

5、acker软件开放的资源库中选取，如图1视频来源于软件本身资源。首先，我们从视频中选取合适的开始帧和结束帧，设置好步伐大小及坐标系、比例标度等。图1斜抛运动然后逐帧手动或自动建立跟踪质点（shift+鼠标左键点击小球在各帧中的位置），软件将自动记录小球随时间变化的位置坐标（如图1右下）、画出x-t图（如图1右上，可以点击坐标轴更换图像，如可画出y-t图等），时间值由视频每秒帧数自动计算而得到。从x-t图中的直线我们可以看出，在水平方向上小球作匀速直线运动，由斜率可以得到小球水平速度约为1.73m

6、/s。右击右下方表格，还可在弹出菜单中选择Analyze菜单进行进一步分析，我们选择坐标轴让软件作出y-t图如图2所示。对该曲线进行拟合得到方程为y=2-5.032t+3.718t-0.409，对照竖直上抛轨迹方程22y=v0t-0.5at可知，加速度约为10.06m/s，在误差范围内与重力加速度相等，斜抛竖直方向初速度约为3.72m/s。通过对抛体运动实际视频的定量分析，学生发现抛体运动在水平方向上是匀速直线运动，竖直方向是加速度为g的匀变速直线运动，从而加深了对抛体运动规律的理解。图2竖直方

7、向位移-时间图像2.2辅助实验观察与教学实验是物理教学的重要手段，也是学生建构知识的重要渠道，但因条件所限，我们的许多实验还仅仅停留在表面现象的观察上，对一些有复杂过程，或速度较快的现象分析很难到位，师生还未能充分挖掘和利用好我们的实验。Tracker软件在提供视频播放或暂停的同时，在右侧的图形或数据框内会同步标识过程的状态点，在视频的播放窗口还可以用有方向和长度的线段选择性地标注速度、加速度等物理量，该软件这样的物理专业功能为我们实验的观察和分析提供了强大的工具。例如，对简谐振动中弹簧振子运动

8、过程的分析，我们在常规的实验观察中能看到振子来回往复运动、定性的速度大小变化，但运动过程中各物理量满足什么定量关系，各个特殊点的状态等却难以分析。但若将该实验视频导入分析软件并分析，我们将会在右侧看到简谐振动过程中的速度、加速度或位移的同步分析图（如图3）。从图中我们可以直观地看到振子运动周期为2秒，振幅为6厘米，位移、速度的整体变化规律符合正余弦规律，我们还可以看出位移变化规律的相位与速度变化规律的相位相差π/2等关系。利用软件的逐帧播放功能我们还可以分析特殊位置的物理量状态，如图中位移最大时